Открыть главное меню

Эта́н (лат. ethanum), C2H6 — органическое соединение, второй член гомологического ряда алканов. Газ без цвета и запаха. В промышленности этан получают из природного газа и нефти и расходуют преимущественно для производства этилена.

Этан
Ethane-2D.png
Ethane-A-3D-balls.png
Ethane-3D-vdW.png
Общие
Систематическое
наименование
Этан
Хим. формула C2H6
Рац. формула H3CCH3
Физические свойства
Состояние газ
Молярная масса 30,07 г/моль
Плотность 1,2601 кг/м³ в стандартных условиях по ГОСТ 2939—63; при н. у. (0С) 0,001342 г/см³
Термические свойства
Температура
 • плавления −182,8 °C
 • кипения −88,6 °C
 • вспышки 152 °C
 • воспламенения 152 °C
 • самовоспламенения 472 °C
Мол. теплоёмк. 52,65 Дж/(моль·К)
Энтальпия
 • образования -84,67 кДж/моль
Давление пара 2,379 МПа (0°С)
Химические свойства
Константа диссоциации кислоты 42 (вода, 20°С)
Классификация
Рег. номер CAS 74-84-0
PubChem
Рег. номер EINECS 200-814-8
SMILES
InChI
RTECS KH3800000
ChEBI 42266
Номер ООН 1035
ChemSpider
Безопасность
Токсичность Малотоксичен. Обладает слабым наркотическим действием
Краткие характер. опасности (H)
H220, H280[1]
Меры предостор. (P)
P210, P377, P381, P410+P403
Сигнальное слово Опасно
Пиктограммы СГС Пиктограмма «Пламя» системы СГСПиктограмма «Газовый баллон» системы СГС
NFPA 704
Приведены данные для стандартных условий (25 °C, 100 кПа), если не указано иное.
Commons-logo.svg Медиафайлы на Викискладе

Физические свойстваПравить

Этан при н. у. — бесцветный газ, без запаха и вкуса. Молярная масса — 30,07. Температура плавления −183,23 °C, температура кипения −88,63 °C. Плотность ρгаз.=0,001342 г/см³ или 1,342 кг/м³ (н. у.), ρжидк.=0,561 г/см³ (T=-100 °C). Давление паров при 0 °C — 2,379 МПа. Растворимость в воде — 4,7 мл в 100 мл (при 20 °C), в этаноле — 46 мл в 100 мл (при 0 °C), хорошо растворяется в углеводородах. Точка вспышки у этана равна –187,8 °C, температура самовоспламенения — 595 °C. Этан образует с воздухом взрывоопасные смеси при содержании 5–15 об. % (при 20 °C). Октановое число —120,3[2][3][4].

СтроениеПравить

 
Параметры молекулы этана
 
Конформеры этана

Молекула этана имеет тетраэдрическое строение: атомы углерода являются sp3-гибридными. Связь C–C образована перекрыванием sp3-гибридных орбиталей, а связь C–H — перекрыванием sp3-гибридной орбитали углерода и s-орбитали водорода. Длина связи C–C равна 1,54 Å, а длина связи C–H равна 1,095 Å[5].

Поскольку С–С-связь в этане одинарная, вокруг неё возможно свободное вращение метильных групп. При вращении возникают различные пространственные формы молекулы этана, которые называются конформациями. Конформации принято изображать в виде перспективного изображения (такие изображения иногда называют «лесопильными козлами») либо в виде проекций Ньюмена[5].

Число конформаций для этана бесконечно, однако принято рассматривать две крайние конформации:

  • заслонённую, в которой атомы водорода максимально сближены в пространстве;
  • и заторможенную, в которой атомы водорода максимально удалены[5].

Заслонённая конформация имеет наибольшую энергию из всех конформаций, а заторможенная — наименьшую, то есть является наиболее энергетически выгодной и, следовательно, более устойчивой. Разница энергии между этими конформациями равна 2,9 ккал/моль. Считается, что это число отражает торсионное напряжение в менее выгодной заслонённой конформации. Если разделить эту энергию на три взаимодействия между парами атомов водорода, то энергия торсионного взаимодействия двух атомов водорода составит примерно 1 ккал/моль[5].

По значению 2,9 ккал/моль из уравнения Гиббса можно вычислить константу равновесия между двумя конформациями этана. При температуре 25 °С значительно преобладает заторможенная конформация: 99 % молекул этана находятся в этой конформации и лишь 1 % — в заслонённой[5].

Энергии крайних и промежуточных конформаций принято представлять в виде циклических графиков, где по оси абсцисс отложен торсионный угол, а по оси ординат — энергия.

ПолучениеПравить

В промышленностиПравить

В промышленности получают из нефтяных и природных газов, где он составляет до 10 % по объёму. В России содержание этана в нефтяных газах очень низкое. В США и Канаде (где его содержание в нефтяных и природных газах высоко) служит основным сырьём для получения этилена[6]. Также этан получают при гидрокрекинге углеводородов и ожижении углей[7].

В лабораторных условияхПравить

В 1848 году Кольбе и Франкленд впервые синтетически получили этан, обработав пропионитрил металлическим калием. В 1849 году они получили этот газ электролизом ацетата калия и действием цинка и воды на иодэтан[8].

В лаборатории этан можно получить несколькими способами:

 
 
 
 
 
 
 
 

Химические свойстваПравить

Этан вступает в типичные реакции алканов, прежде всего реакции замещения, проходящие по свободнорадикальному механизму. Среди химических свойства этана можно выделить:

ПрименениеПравить

Основное использование этана в промышленности — получение этилена методом парового крекинга. Именно из этилена далее получают важные промышленные продукты, однако в целях экономии разрабатываются методы превращения в них самого этана. Однако ни один из проектов пока не прошёл пилотную стадию. Проблемы в этой области связаны с низкой селективностью реакций. Одним из перспективных направлений является синтез винилхлорида напрямую из этана. Также применяется превращение этана в уксусную кислоту. Термическим хлорированием этана в различных условиях получают хлорэтан, 1,1-дихлорэтан и 1,1,1-трихлорэтан[7].

Физиологическое действиеПравить

Этан обладает слабым наркотическим действием (ослаблено за счёт низкой растворимости в жидкостях организма). Класс опасности — четвёртый[9]. В концентрациях 2-5 об. % он вызывает одышку, в умеренных концентрациях — головные боли, сонливость, головокружение, повышенное слюноотделение, рвоту и потерю сознания из-за недостатка кислорода. В высоких концентрациях этан может вызвать сердечную аритмию, остановку сердца и остановку дыхания. При постоянном контакте может возникнуть дерматит. Сообщается, что при 15-19 об. % этан вызывает повышение чувствительности миокарда к катехоламинам[10].

Интересные фактыПравить

Предположительно, на поверхности Титана (спутник Сатурна) в условиях низких температур (−180 °C) существуют целые озёра и реки из жидкой метано-этановой смеси[11].

ПримечанияПравить

  1. Ethane. Sigma-Aldrich. Дата обращения 6 апреля 2019.
  2. Ullmann, 2014, p. 3–5.
  3. 1 2 3 Химическая энциклопедия.
  4. Рабинович В. А., Хавин З. Я. Краткий химический справочник. — Изд. 2-е. — Химия, 1978. — С. 199.
  5. 1 2 3 4 5 Реутов О. А., Курц А. Л., Бутин К. П. Органическая химия : в 4 т.. — 5-е изд. — БИНОМ. Лаборатория знаний, 2014. — Т. 1. — С. 321—326. — ISBN 978-5-9963-1535-2.
  6. Химическая энциклопедия, 1998.
  7. 1 2 Ullmann, 2014, p. 13.
  8. ЭСБЕ.
  9. Газохроматографическое измерение массовых концентраций углеводородов: метана, этана, этилена, пропана, пропилена, нбутана, альфа-бутилена, изопентана в воздухе рабочей зоны. Методические указания. МУК 4.1.1306-03
  10. Ullmann, 2014, p. 61.
  11. Mousis O., Schmitt B. Sequestration of Ethane in the Cryovolcanic Subsurface of Titan (англ.) // The Astrophysical Journal : journal. — IOP Publishing, 2008. — April (vol. 677). — DOI:10.1086/587141.

ЛитератураПравить